archivo mid - materiales en la construcción - el acero.tulo del archivo: materiales en la...

1

A. del Caño / M.P. de la CruzUniversidad de La Coruña

Materiales Acero - 1

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACERO

Materiales de construcción: acero




Este material es motivo de varias asignaturas que lo tratan en profundidad,

por lo que solamente se van a enumerar los conocimientos que el alumno debe recordar y se explicará algún aspecto específico del

acero en la construcción que pudiera no haber sido tratado en anteriores asignaturas

2



Productos básicos estructurales



MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACEROPRODUCTOS BÁSICOS ESTRUCTURALES

Chapa y perfiles

Armaduras pasivas (no pretensadas)

Armaduras activas (para pretensado)

N

3




• Se llama “armaduras pasivas” (hormigón armado y pretensado): a las que no son pretensadas.

PRODUCTOS BÁSICOS ESTRUCTURALES

N




• Se llama “armaduras activas”: a las de pretensado

PRODUCTOS BÁSICOS ESTRUCTURALES

4



Propiedades




•Estructura química cristalina compacta y homogénea: es el material estructural más cercano a la isotropía

•Diagramas tensión-deformación• Se determinan mediante ensayo a tracción con probeta normalizada.

• Se usan simplificaciones• Iguales en tracción y compresión (pretensado: sólo tracción)

• Diferente diagrama para los aceros de dureza natural y para los endurecidos por deformación en frío.

PROPIEDADES (ya vistas en ciencia de materiales y resistencia)

N

5



MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACEROPROPIEDADES•Diagrama tensión-deformación para estructura metálica (simplificado)

N

fyk es el valor característico de la resistencia del acero que presenta un nivel de confianza del 95%; es decir, que existe un 95% de probabilidad de que sea superado (5% a la inversa!!!).




(Jim

énez

Mon

toya

et a

l)

• Diagrama tensión-deformación para armaduras pasivas (simplificado): de aceros de alta resistencia (tracción y compresión)

PROPIEDADES

N

Para el caso de zonas sísmicas las

normas pueden establecer exigencias

específicas de ductilidad.

6




• Diagrama tensión-deformación para armaduras activas (simplificado) (tracción)

PROPIEDADES

E=2·

106kp

/cm

2 (±

)

1 %

fp

εu

σ

ε2 3 4 5

Límite elástico: aprox. 0,8 a 0,9 de su resistencia a tracción (a rotura)



MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACEROPROPIEDADES•Densidad muy alta: 8 t/m3 (la más alta de todos los mats. estructurales).

•Resistencia: • Muy alta (también la más alta), tanto a tracción como a compresión (y, por tanto, en las demás facetas: flexión, ...)

• Aceros dulces: de 3.500 a 6.100 kg/cm2 (350 a 610 MPa)

• Cables hasta 25.000 kg/cm2 (2.500 MPa a tracción; véase en hormigón)

• Tiene el ratio resistencia / peso más alto de los materiales estructurales normales (acero, madera, hormigón)

N

7



MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACEROPROPIEDADES•Ductilidad (ensayo de plegado): es un material dúctil (facilidad para doblado y otras transformaciones mecánicas).

•Fragilidad. Depende de la composición química y de la temperatura pero, en general, el acero estructural actual es un material poco frágil (salvo si la temperatura es muy baja: puede producirse rotura frágil)

•Corrosión: problema (el acero inoxidable no se usa en construcción, debido al coste)

N



MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACEROPROPIEDADES• NOTA: ductilidad.

• Es la propiedad que presentan los materiales cuando, bajo la acción de una fuerza, sufren grandes deformaciones antes de romperse. Esta deformación es de tipo permanente, es decir, no se recupera una vez retirada la carga.

• El concepto de ductilidad es opuesto al de fragilidad ante deformaciones, que se da en el material que se rompe sin apenas deformación.

N

8



MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACEROPROPIEDADES• NOTA: tenacidad.

• Propiedad mecánica relacionada con la cohesión interna de las partículas del material. No se identifica con la dureza, sino más bien con la “ausencia de fragilidad ante el golpe”. Determinados materiales muy duros, como el vidrio normal, presentan una elevada fragilidad al golpe, lo que condiciona su utilización.

• La fragilidad de un material, además de ser una característica estructural, se relaciona con tensiones internas provocadas durante la fabricación del material estructural o de la estructura misma.

• La tenacidad es la resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto, molido, doblado o desgarrado, siendo una medida de su cohesión.

• Debido a todo lo anterior, y teniendo en cuenta que las estructuras edificatorias no suelen soportar golpes, podría pensarse que no es una propiedad demasiado importante. De todas formas, todo material estructural debe tener una tenacidad lo más alta posible, para el caso de accidentes.

N



MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACEROPROPIEDADES•Comportamiento ante el fuego: problema

•Por encima de los 400ºC:(1) (2)

•Se pierde la linealidad y crecen las deformaciones (1).

•Y, sobre todo, empieza a PERDER RESISTENCIA muy aceleradamente (2).

•En un incendio se alcanzan rápido los 400ºC, y también mucho más.

9




• Además, su conductividad térmica (muy elevada: 45 Kcal/m2·h·ºC) propaga la temperatura al resto de la estructura de manera muy rápida.

• Con todo ello, basta un incendio menor (600ºC) para que pierda la mitad de su resistencia y se produzcan deformaciones permanentes tan grandes que inutilizan la estructura (se produzca el colapso o no).

PROPIEDADES•Comportamiento ante el fuego

N



Comportamiento tensional

10




• Su comportamiento tensional es el más cercano a la isotropía de todos los materiales estructurales de construcción (acero, hormigón armado, hormigón pretensado, madera aserrada, madera laminada encolada, fábricas).

• Por tanto, el alumno conoce ya (resistencia de materiales, estructuras) el comportamiento elástico a tracción, compresión, flexión, cortante y torsión, y las técnicas de cálculo elástico.

• Y tiene una idea introductoria del comportamiento plástico del acero y de su cálculo plástico.

• Por ello no se van a tratar aquí de nuevo estos aspectos, cosa que sí se hará con el hormigón armado, el hormigón pretensado y la madera.

COMPORTAMIENTO (ya visto en resistencia y estructuras)



Chapa y perfiles normalizados

(estructura metálica)

11




•Se usan para estructura metálica, bien utilizando directamente perfiles normalizados, bien diseñando perfiles que se construirán mediante piezas de chapa cortadas a medida y soldadas(vigas y soportes armados)

•En estructura metálica, dadas la alta densidad del material, hay que utilizar secciones muy eficientes(momento de inercia muy alto en comparación con el área de la sección): secciones en T, U, doble T, tubulares (esto es factible gracias su alta resistencia).

•Como cualquier otro componente constructivo, hay que prefabricarla en elementos de tamaño limitado por el transporte

N

CHAPA Y PERFILES NORMALIZADOS




•El ensamblaje en obra de piezas prefabricadas implica la necesidad de que “todo encaje como en un mecano”, y tanto más si la estructura es atornillada: tolerancias

•La fabricación del perfil y la prefabricación de la estructura se hacen en un entorno de mayor calidad que otras estructuras (hormigón armado in situ): permite menor coeficiente de seguridad

•Por todo lo dicho con anterioridad, en general, la estructura metálica permite grandes cargas, grandes luces (estructuras esbeltas), gran ligereza, y muchas alturas.

N

CHAPA Y PERFILES NORMALIZADOS

12



MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACEROCHAPA Y PERFILES NORMALIZADOS: PERFILES

Laminados en caliente (uso

habitual)

Conformados en frío (menor uso)

N




Laminados en caliente:•Perfiles estándar lineales y también curvos.

•Grandes cargas•Grandes luces•Muchas alturas

Conformados en frío:•Más ligeros (economía)•Fabricación menos compleja •Elementos estructurales secundarios: por ejemplo, de estructuras de cubierta (correas), o de fachada (correas, montantes para muros cortina)

N

CHAPA Y PERFILES NORMALIZADOS: PERFILES

13



(Argüelles)

CHAPA Y PERFILES NORMALIZADOS: CHAPAChapa (laminada en caliente):•Para vigas y soportes armados•Mismas aplicaciones que los perfiles normalizados (grandes cargas, grandes luces, muchas alturas), pero sólo cuando los perfiles normalizados no solucionan el problema (cargas o luces más allá de lo que permiten los perfiles normalizados).

•Estos perfiles armados se pueden diseñar usando perfiles normalizados a los que se aumenta su canto a base de chapa.

N




•Protección frente a la corrosión: •Con pinturas especiales (de compuestos de zinc)

•Formando una capa o capas anteriores a las de la pintura cuyo color se desea

•O que traen ya un color adecuado, y se utilizan como única pintura a aplicar

•Siempre se realiza un chorreado o granalladoprevio al pintado (proyección de pequeñas esferas metálicas -p. ej., diámetros del orden de 1 mm-, a gran velocidad)

• ...

N

CHAPA Y PERFILES NORMALIZADOS: CORROSIÓN

14




•Protección frente a la corrosión: • ... Mediante la protección autorregulable que supone al óxido de zinc con el “zincado” o galvanizado en caliente, que aporta un metal (zinc) con menor potencial electroquímico (mediante un proceso electroquímico), que se oxidará antes que el acero, y lo protegerá: de poco uso en estructura metálica(mayor uso en productos no estructurales), salvo en el caso de perfiles ligeros (cuyo pequeño espesor los hace todavía más sensibles a la corrosión); el problema es que no es estéticamente agradable y, por otro lado, no debe pintarse o debe pintarse con pinturas especiales(de lo contrario, la pintura se cae en poco tiempo).

N

CHAPA Y PERFILES NORMALIZADOS: CORROSIÓN




•Protección frente al fuego: •Con pinturas ignífugas o intumescentes que se expanden con el fuego, generando burbujas en su interior y generando una capa de protección con un coeficiente de transmisión térmica muy bajo. •Ventaja: la estructura queda vista•Problema: el tiempo de protección es reducido (normalmente EF15, EF30, y hasta EF 60 con algunos productos); no se puede usar cuando se requiere mucha protección (cuando es alta la exigencia de tiempo a resistir ante el fuego en condiciones de estabilidad)

N

CHAPA Y PERFILES NORMALIZADOS: FUEGO

15




•Protección frente al fuego: • ... Con morteros especiales proyectados

•Ventaja: la protección aumenta•Problema: la estética es deplorable

•Con albañilería (fábrica de ladrillo, o albañilería seca con placas o paneles ignífugos)•Ventaja: la protección aumenta mucho•Problemas: la estética mejora, pero no suele ser mejor que con la estructura vista, y el precio se dispara, haciendo esta solución absurda casi siempre ...

N





•Protección frente al fuego: • ... Dejando la estructura por el exterior del edificio

...

N


Fábr

ica

Gla

xo, A

rand

a de

Due

ro

Y di

spon

iend

o un

cer

ram

ient

o ad

ecua

do (¡

!)

16




Otras particularidades con respecto al acero para estructura metálica quedan

reflejadas más adelante en el capítulo de estructuras

CHAPA Y PERFILES NORMALIZADOS: OTROS



Acero para armado(armaduras resistentes en hormigón

armado y armaduras pasivas en hormigón pretensado)

17




Otras particularidades con respecto a estas armaduras quedan reflejadas más

adelante en este capítulo, en el sub-capítulo de hormigón armado, y en el

capítulo de estructuras

ARMADURAS RESISTENTES Y PASIVAS



Acero para pretensado(armaduras activas; hormigón

pretensado)

18


MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACERON

AR

MA

DU

RA

S A

CTI

VAS:

tend

ones

list

os p

ara

su u

so

(Castelo)


MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ACERON

AR

MA

DU

RA

S A

CTI

VAS:

tend

ones

list

os p

ara

su u

so

(Castelo)

19




• Temperatura; peor que el acero normal frente al calor / fuego: hay que protegerlas.

• Corrosión: más sensibles a la corrosión que los otros productos básicos de acero ya vistos.

• La protección a ambos fenómenos se realiza al quedar estas armaduras dentro del hormigón.

ARMADURAS ACTIVAS




•Relajación isotérmica de armaduras (r)•Es la pérdida relativa de tensión, a lo largo de un tiempo determinado (1.000 horas), a una temperatura dada (t=20ºC), en una probeta de longitud constante sometida a una determinada carga inicial de tracción (al 70% de la carga de rotura)

ARMADURAS ACTIVAS

N

20




Otras particularidades con respecto a estas armaduras quedan reflejadas más

adelante en este capítulo, en el sub-capítulo de hormigón armado, y en el

capítulo de estructuras

ARMADURAS ACTIVAS



Acero para sistemas constructivos no

estructurales

21




•Protección frente a la corrosión: además de lo ya visto (pinturas, galvanizado ...):•Acero corten: aleación con níquel, cromo, cobre y fósforo que, tras un proceso largo de sucesivos ciclos de humectación y secado toma una pátina de óxido estéticamente agradable y que no se desprende en escamas, como el óxido del acero normal; todo ello sin perder resistencia ni soldabilidad. De uso en fachadas, pero no en estructuras.

• ...

N

SISTEMAS CONSTRUCTIVOS NO ESTRUCTURALES




Acero corten perforado en fachada local de ocio en Curno, Italia.

archivo mid - materiales en la construcción - el acero.tulo del archivo: materiales en la...

Documents